espejo –

Un espejo es un cuerpo pulido que refleja los rayos de luz. Muy a menudo, un espejo es una lente de vidrio, cuya cara posterior está cubierta con una película de metal protegida por un barniz. En este caso, el hielo sirve de soporte al depósito metálico que constituye el espejo propiamente dicho (desde un punto de vista físico).

Los diferentes tipos de espejos

El espejo del avión

Como sugiere su nombre, un espejo plano es una superficie reflectante plana. Según las leyes de la reflexión, un punto de objeto debe corresponder a un punto de imagen y viceversa. Decimos entonces quehay un verdadero estigmatismo para cualquier espejo plano.

A un rayo incidente I corresponde un rayo reflejado R que se encuentra en el plano definido por el rayo I y la normal N en el punto de incidencia sobre el plano. Los ángulos de incidencia i y de reflexión r son iguales (leyes de Descartes). La imagen de un objeto extendido es similar a este objeto y del mismo tamaño, sin embargo, sin ser superponible (la imagen y el objeto son enantiomórficos), excepto si el objeto tiene un plano de simetría.

Las aplicaciones del espejo plano son numerosas en la vida cotidiana: espejos de baño y espejos ornamentales sobre todo. Se utilizan en la construcción de muchos instrumentos ópticos (sextante, cámara réflex, telescopio newtoniano, superficie metálica de un prisma).

El caleidoscopio

El caleidoscopio es una combinación de dos espejos planos que forman un ángulo de 60 °. Colocadas en un cilindro opaco cuya generatriz es paralela al borde de los espejos que lleva el eje del cilindro, permiten observar, a través de cristales de colores, imágenes geométricas que cambian según la posición de los espejos.

Espejos esféricos

Los espejos esféricos son espejos cuya superficie reflectante es una porción de una esfera. Hay dos tipos de espejos esféricos: espejos esféricos cóncavos -convergentes-, para los que la superficie reflectante se gira hacia el centro de la esfera, y espejos esféricos convexos -divergentes- para los que esta superficie se gira hacia afuera.

El centro C de la esfera es el centro del espejo. El polo O de la esfera es la parte superior del espejo. El eje CO es el eje principal; cualquier línea que pase por C se denomina eje secundario. Cualquier rayo que se dirija hacia C se refleja en sí mismo; cualquier rayo que toque el espejo en O se refleja simétricamente con respecto al eje principal.

De un punto de objeto, un espejo esférico solo da una imagen de punto si este punto está en el centro del espejo o en la superficie reflectante, ya que cada punto de objeto es su propia imagen. En los demás casos no hay estigmatismo (en un punto corresponde una superficie más o menos grande); es por esta razón que los espejos esféricos se utilizan siempre en condiciones gaussianas.

Los puntos focales de los espejos esféricos

Un haz de luz paralelo al eje del espejo convergerá en F (punto focal de la imagen del espejo): un punto del objeto en el infinito tendrá su imagen en este punto; un objeto en F tendrá su imagen devuelta al infinito. Por lo tanto, este foco es también un foco de objeto, ubicado en el medio del segmento CO del espejo.

Si inclinamos muy levemente una viga paralela al eje, podemos definir para cualquier inclinación en esta zona un locus de focos secundarios formando un casquete esférico concéntrico con el espejo, con ápice F y radio medio. La baja inclinación puede permitir asimilar esta sección esférica a un plano denominado plano focal. Por tanto, la imagen invertida de un objeto extendido AB se observa en condiciones de Gauss.

Dos rayos de luz procedentes de un punto A dan lugar a dos rayos reflejados que no tienen un punto común; sin embargo, un observador que recibe estos dos rayos reflejados tiene la impresión de que provienen de un punto A ‘simétrico de A con respecto al plano del espejo. El punto A ‘se llama imagen del objeto punto A.

Como en el caso de las lentes, las fórmulas de conjugación permiten conocer la posición y el tamaño de la imagen en relación al objeto.

El espejo parabólico

La superficie es un paraboloide de revolución alrededor del eje principal. Si la fuente de luz es sustancialmente un punto en el foco del paraboloide, el haz reflejado es un haz cilíndrico. Los reflectores de los faros marinos o de automóviles son a menudo espejos parabólicos. El espejo parabólico al ser estigmático para el punto en el infinito (su imagen está en el foco del paraboloide), se usa como objetivo en ciertos telescopios.

El espejo elíptico

La superficie del espejo es una parte de un elipsoide de revolución alrededor del eje principal. El espejo es estigmático para cada uno de los focos del elipsoide: la imagen de uno de los focos es el otro foco. Esto resulta de las propiedades geométricas de la elipse: cualquier rayo que pasa por un foco, después de reflejarse en el espejo, pasa por el otro foco. Este espejo se utiliza para concentrar una cantidad considerable de energía luminosa en un punto específico (en ciertos láseres, por ejemplo).

Los espejos convexos tienen muy pocas aplicaciones aparte del espejo retrovisor. En este caso, se usa un espejo convexo en lugar de un espejo plano porque, para un área igual, el espejo convexo tiene un campo mayor. Por el contrario, los espejos cóncavos son muy utilizados (reflectores, proyectores de todo tipo). En los telescopios catóptricos, constituyen el objetivo; para corregir la aberración esférica se han encontrado varias soluciones: objetivo de Bouwers y Maksutov, compuesto por varios espejos; Lente Schmidt, que comprende un espejo cóncavo y un portaobjetos de vidrio distorsionado en el centro; Objetivo Cassegrain, formado por un espejo cóncavo asociado a un espejo convexo. Asimismo, algunos objetivos de microscopio son espejos esféricos. La propiedad esencial de todas estas lentes es que están libres de aberraciones cromáticas.

El espejo ardiente

Es un espejo esférico o parabólico, o compuesto por varios espejos planos dispuestos sobre una superficie cóncava que permite concentrar la energía solar en una pequeña región del espacio. Los antiguos usaban espejos ardientes, según la leyenda, para encender fuegos desde la distancia. Lavoisier usó el espejo ardiente para derretir oro. Los hornos solares son aplicaciones modernas de espejos ardientes.

El espejo frontal

Este espejo, utilizado en medicina, se utiliza para reflejar la luz sobre el órgano a examinar. : oído, nariz, cavidad bucal. Es cóncava para concentrar los rayos de luz; con un diámetro de 9 a 10 cm y una distancia focal de aproximadamente 20 cm, tiene un orificio central. Se fija a la frente mediante una banda o un resorte anteroposterior.

Móvil, se conecta a la placa frontal mediante una junta roscada.

El espejo magnetico

Es un campo magnético cuya configuración es tal que es capaz de reflejar partículas cargadas de la misma forma que un espejo óptico refleja fotones. Tal configuración se puede obtener en una región donde los tubos del campo magnético tienen suficiente estrangulamiento. En estas condiciones, se puede demostrar que las partículas que giran en espiral alrededor del tubo mientras se dirigen hacia la constricción pueden, si sus velocidades están suficientemente inclinadas con respecto a las líneas de campo, retroceder.

Llamamos a una botella magnética un campo con dos constricciones. ; tal configuración es capaz de retener indefinidamente partículas que realizan movimientos de ida y vuelta entre dos espejos magnéticos. Este tipo de campo magnético se produce en las proximidades de la Tierra en el campo geomagnético; las partículas así atrapadas constituyen los cinturones de Van Allen.

También se han producido botellas magnéticas en el laboratorio en un intento de confinar los plasmas producidos para la fusión termonuclear.

La fabricación de espejos

Espejos de baño

El gran poder reflectante de ciertos metales (plata, estaño, aluminio) explica su uso para la fabricación de espejos. Antiguamente, los espejos de cortesía eran de plata maciza pulida; ennegrecimiento plateado por sulfuración, su superficie se deterioró rápidamente. Hoy dia, Los espejos de inodoro, «espejos», se fabrican depositando químicamente una película de plata o estaño amalgamada en la cara posterior de una placa de vidrio. ; esta película se cubre luego con un barniz protector.

Los espejos utilizados en los instrumentos ópticos se obtienen por deposición al vacío, sobre una placa de vidrio perfectamente erigida, de una película muy fina de metal puro con alto poder reflectante; se utiliza plata o aluminio. Si la película se deposita en la cara trasera del espejo, está protegida por un barniz. Si se deposita en la cara frontal, se cubre con una capa de alúmina de aproximadamente 0,1 μm de espesor.

Espejos telescópicos

En un telescopio óptico grande, el espejo es la parte técnica más difícil de diseñar y producir. Aumentar el tamaño de los espejos de los telescopios para aumentar la calidad de la observación del cielo es el principal desafío para los astrofísicos. Sin embargo, este aumento de altura no está exento de problemas, principalmente en términos de peso. Por ejemplo, el espejo parabólico del gran telescopio del observatorio Zelentchouk, encargado en 1976 en el Cáucaso, tiene un diámetro de 6 m, un área de 28 m², y está compuesto por una masa de sílice de 42 toneladas recubierta con una fina capa de aluminio. La precisión de su acabado es de menos de una décima de micrómetro y se necesitaron dos años para enfriar completamente su masa inicial de 70 toneladas. Desde entonces han surgido nuevas tecnologías de fabricación de espejos, en particular espejos líquidos y espejos delgados equipados con óptica activa o adaptativa.